热轧板坯热装热送技术的应用

孙成礼，林健

（1.宝钢集团八钢制造管理部,2.上海宝信软件股份有限公司）

热轧板坯热装热送技术的应用

孙成礼1，林健2

（1.宝钢集团八钢制造管理部,2.上海宝信软件股份有限公司）

对热轧板坯热装热送的生产管理进行了阐述。围绕热装热送加热炉，介绍了炼钢和热轧厂的一体化计划编制、热送板坯在辊道上与计划进行替换匹配、下线热坯集批热装计划的编制，在生产中的实际应用。

加热炉；热装热送；板坯替换；一体化计划；热坯合同

联系人：孙成礼，男，46岁，本科，冶金管理高级工程师，乌鲁木齐（830022）宝钢集团八钢公司制造管理部

E-mail：suncl@bygt.com.cn

1 前言

近年来，随着钢铁企业的发展和市场竞争的加剧，物流优化和降本增效成为现代钢铁企业生产管理的工作重点。板坯热装热送技术即炼钢板坯向热轧厂热装热送，实现板坯不落地直接装炉生产的方式在一些大型钢厂得到了应用。热轧板坯的热装热送在钢铁生产流程中实现了节能减排和物流优化。

2 板坯热装热送技术的优点

炼钢连铸板坯在切成定尺后，一般表面温度在800～900℃。如何将高温板坯直接送进热轧加热炉，成为国内外一流钢铁企业竞相研究开发的生产管理技术。连铸坯热送热装工艺，利用连铸坯的热量，配合相应的生产管控措施，使得连铸工序与轧制工序紧密衔接。

与连铸坯冷装相比，连铸坯热送热装可有效减少热量损失降低燃耗，主要优点是：

（1）节约能源。铸坯热装入炉的温度越高，节能效果越好。

（2）提高成材率，降低金属消耗。由于热送热装减少了坯料的加热时间，有的仅是局部加热，甚至不加热，减少了板坯的烧损和氧化，提高了成材率。

（3）优化了生产物流，减少了板坯下线入库及板坯倒垛吊装，节省厂房、转库费用和劳动力。

（4）提高了加热炉加热能力，进而提高了轧线产能。

有研究表明：连铸坯温度在650～1000℃时装入加热炉，节能效果最好。对此，我国钢铁行业清洁生产标准规定：热装温度≥600℃、热装比≥50%，为清洁生产一级标准。

3 加热炉向热轧供应板坯的生产组织模式

板坯加热炉是热轧厂中的重要工艺设备，其主要功能就是把板坯加热成温度均匀的热坯，满足热轧轧机对高质量板坯的的工艺要求。目前，国内企业一般都配有2～3座加热炉，用于冷装或热装板坯的加热生产。

板坯加热炉种类繁多，目前宝钢集团的加热炉为步进式燃气加热炉。加热炉的结构见图1。

步进加热炉的炉底是步进机构。步进时，步进机构升高，托起被加热的板坯，再向前移动一步，再落下，完成一个步进，使被加热的板坯向前移动一步。步进加热炉内的板坯是横向排放，前进方向与其垂直。板坯从入炉侧装入加热炉，在出炉侧出去的是已被加热的板坯。

板坯在加热炉中，是通过分为不同的加热段进行加热处理的。板坯通过炉前辊道到达加热炉装炉侧后。首先对板坯进行测宽和测温，然后由装钢机送到加热炉的热回收段。板坯装炉后，根据入炉板坯的温度、钢种、规格和板坯装炉量，通过加热炉计算机控制系统或现场人工操作，对各区段的炉温、炉压、燃烧量、空气量进行调节控制，建立各区段炉温控制目标，确定板坯在炉内各区段的加热时间，然后由步进梁有序的将板坯送到均热段。最后，被均匀加热的板坯，由出钢机送到炉后出炉辊道上，这样就完成了一块板坯的加热过程。

由于加热炉内温度具有强耦合、纯滞后、大惯性、慢时变的特性，因此在组织热装热送生产时，一般采用两个以上加热炉向热轧机供坯的生产组织模式。其中，一个加热炉为热装加热炉，其他为冷装加热炉。对于热装加热炉，在冷热坯装炉模式切换时，为了重建各加热段的温度环境，避免混装混烧，一般采用在冷坯和热坯之间，空出一段空间（三到五块板坯的空炉长度）烧钢工艺。

多个加热炉的生产管理，是通过加热炉自动化控制系统（L1基础自动化和L2过程控制系统组成）完成。它根据热轧轧机的生产节奏，即板坯轧制顺序，动态调整各加热炉的板坯加热速度，对炉群进行协调控制，对炉内板坯进行实时跟踪，预测板坯剩余在炉时间和出炉坯温，实时协调加热炉炉群的出炉节奏，保证板坯的加热效果。

4 热轧板坯热装热送的措施和方法

目前国内大型冶金企业进行板坯热装热送轧制，主要从三个方面入手：（1）解决炼钢与热轧生产单元的物流衔接和工艺控制，实现规模化、连续化生产管理。首先是统筹安排，编制炼钢-热轧的一体化计划；（2）在线调整，通过在线板坯与轧制计划中板坯的转用充当，解决炼钢板坯来料与热轧计划对板坯顺序要求不匹配问题；（3）解决板坯集批热装的规模化生产问题，一旦炼钢来坯不满足热轧最小节能热装量，板坯就暂时下线，进入均热炉或炉前保温堆垛区，当蓄坯量达到集批生产量时，启动板坯-合同双向推荐功能，按照当前轧机对计划的工艺“窗口”要求，为炉前热坯挂上合适的合同，编制热装计划，并插入当前轧制计划中，实现热坯的规模化装炉生产。

4.1 热轧一体化轧制计划的编制

要进行热装热送生产，势必要解决炼钢和热轧计划的一体化编制问题。这样才能够使得炼钢和热轧的生产形成有序的计划链，各工序、工位的钢水、板坯、热卷的物流生产、加工、流动，按一体化计划“时刻表”相互衔接。在生产中，炼钢和热轧不再是独立分割的生产单元，而是紧密相关的加工链。在这个加工链上，上工序为下工序服务，建立下工序是用户这一管理理念，炼钢、热轧各环节，都为了热装热送这一中心任务，协调配合，环环相扣，共同配合，才能完成热装热送的任务。

炼钢、热轧生产的一体化计划，打破了热轧生产中“见物排计划”的传统，改变了后工序被动生产的习惯，充分体现了按合同组织生产，前工序的生产尽可能满足后工序的生产组织原则。根据冶金企业产品、设备、工艺的实际情况，一体化计划能够解决炼钢、连铸、热轧生产能力的匹配问题。

一体化计划技术，实际上就是把DHCR（板坯直接热装）计划的生产组织方式、信息的处理过程，拓展到了整个的炼钢、热轧轧制作业范围。它打破以往钢铁生产中各工序各自为政，独立编制生产计划的习惯；强调前后工序间生产计划的协调性和整体性，做到统筹兼顾，全盘考虑；保证物流畅通、板坯库作业和库存量最小化，提高计划的合理性和可执行性。这样，既保证了炼钢、连铸能有针对性地、合理地组织生产，又能按时、有效地向热轧进行供坯，使物流畅通、板坯库作业和库存量最小化，加快前后工序的生产节奏。

一体化计划以热轧为源头，即在热轧计划的对象还处在非实物板坯状态时，根据炼钢能力的平衡来决定热轧轧制的计划。首先把合同分解为虚拟板坯，进行热轧轧制预计划的编制；同时，把热轧计划所要求的轧制计划种类、计划中钢种的匹配、计划中加工规格的接续条件等，在热轧的预计划中体现出来。炼钢的预计划再次根据热轧的要求，作出流炉设计、进行组CAST-LOT、形成炼钢预计划。通过对每日炼钢预计划进行浇铸顺排序、生产规程检查，形成分日有序的炼钢初计划。当然，在进行组CAST-LOT的过程中，由于组炉的需要，向炼钢所作材料申请量，可能会多于热轧的计划量，那多余部分就只能作余材处理。在炼钢的初计划形成、制造命令确定之后，再重新形成或组合成热轧的初计划、确定成为热轧的终计划。在这一连续过程中，各作业计划的处理对象，都是虚拟材料；虚拟材料作为联系各工序计划的信息载体贯穿於始终，保证了前后信息流的一致。一体化计划主要的业务：

（1）炼钢预计划：合同处理、合同计划、组炉合同收池、虚拟材料分解和预炉次生成。

（2）热轧预计划：轧制预组批形成、预组批分日、预计划形成和预计划确定。

（3）炼钢初计划：组CAST-LOT、炼钢分日、制造命令确定和提交。

（4）轧制初计划：轧制预计划选择、初计划形成、调整、确定和传送。

（5）炼钢出钢计划：接收炼钢初计划,按炼钢机组编制炼钢、精炼、连铸小时生产计划。

（6）轧制终计划：热轧终计划确定、热轧终计划下发。

4.2 板坯直装计划在线调整

一体化计划问世以来，已经成功应用于许多大型钢铁企业，但是由于各企业的文化、加工工艺、生产装备、组织结构的不同，取得的效果也不尽相同。一体化计划的管理技术，源于宝钢股份，宝钢股份的装备、管理水平、自动化程度，保证一体化计划能够顺利实施，且收到了良好的经济效果。

但是，同样属于宝钢集团的八钢公司，在实施一体化计划生产组织过程中，就遇到了意想不到的困难。八钢加入宝钢集团后，全面引进了宝钢的生产管理技术，其中包括热装热送一体化技术。但是由于两家企业存在着装备水平和基础自动化程度的巨大差异性，造成引进的热装热送技术应用“水土不服”，生产组织一直不理想。

2018年云南电网按照南方电网公司精益管理的要求，把坚持党的领导、加强党的建设与推进安全生产、经营管理深度融合，在部分供电单位和施工单位开展安全生产、客户服务、项目管理领域党组织、党员发挥作用试点，在非试点单位开展党的建设精益项目（书记项目）探索，同时，开展党的建设精益化管理咨询项目和党支部标杆管理课题研究，提炼总结开展党的建设精益管理的经验和做法。

热轧钢卷生产，是以轧机的换辊周期为单位，编制热轧计划。热轧工艺要求热轧钢卷生产需遵循“窄-宽-窄”、“薄-厚-薄”以及多种不同的轧制规程。热轧生产的特点，决定了热轧计划对连铸板坯有着严格的到坯次序要求，包括板坯的钢种、规格、重量。然而如果是多台连铸机向热轧供坯的生产模式，难以保证热轧的热装热送计划的要求。

宝钢股份的炼钢生产采用300t顶底复吹转炉，300t一机两流连铸机生产板坯，一台连铸机的出坯速度和热轧热装加热炉的装炉速度基本吻合；宝钢炼钢连铸的稳定有序供坯，满足了热轧对轧制板坯钢种、规格尺寸的要求。八钢炼钢生产采用120t转炉，120t一机一流连铸机生产板坯.热装热送生产时，必须采用两台以上120t连铸机交替出坯，才能满足热轧加热炉的装炉要求。由于一体化计划要求炼钢连铸的出坯秩序与加热炉装炉秩序高度一致，造成炼钢计划和热轧计划难以关联编制，炼钢生产环节的任何波动，都会造成热轧计划的吊销。DHCR一体化计划月最高执行率只有2.5%，其余计划基本是CCR计划（板坯冷装计划）。而CCR计划增加了板坯吊装、倒运次数，增加了板坯加热炉煤气燃耗，导致生产效率低下。

为了进一步提高八钢公司DHCR计划实施率，优化物流，适应生产发展的需要，就迫切需要对热轧DHCR计划功能进行优化改进。改变DHCR计划事先确定板坯合同及品种规格，要求炼钢、轧钢严格按计划次序进行“刚性衔接”的生产模式，改为板坯产出后，在热轧板坯输送辊道上，根据热轧计划与来坯，动态进行板坯与计划的匹配，实现炼钢板坯与热轧计划的柔性衔接，避免炼钢来坯下线，实现板坯交换次序后直接装炉，提高板坯热装比例，达到优化物流，降低成本目的。

解决热装热送的方法和技术路线为：用辊道上热送板坯，动态替换热轧计划中的板坯，减少板坯下线。要实施板坯与计划的柔性替换，就必须研究在快节奏的板坯生产条件下，板坯与计划的推荐、替换、轧制命令的变更和自动下发执行功能；使现场操作工在满足工艺条件的情况下，对突发事件具备快速的反应能力，这种反应能力除了要有先进的管理模式、方法、合适的物质资源作基础外，更多的要满足生产管理对信息的处理、传递、反馈的要求。

热送板坯的在线替换调整，大幅提升了八钢板坯热装热送比例，实现两台连铸机同时向热轧加热炉供坯，满足热轧轧制生产的要求。通过该技术的初步运用，2012年八钢热轧DHCR计划板坯直装率已基本稳定在35%以上，板坯热装率稳定在50%以上，较往年均有大幅提高。通过完善生产管理仍将较大提升空间。

4.3 热坯的集批生产管理

虽然炼钢、热轧的一体化计划和板坯在线替换，解决了板坯直接装入加热炉的问题，但是如果热坯的装炉量不能达到加热炉规模生产要求，就会频繁出现冷坯和热坯交替进炉，冷装和热装加热模式频繁切换的问题。在这种情况下，就会出现冷坯、热坯混装混烧；为避免冷坯、热坯混装混烧，又会出现加热炉空炉现象，直接影响到加热炉的产量。

加热炉加热工艺分预热段、加热段和均热段。冷坯、热坯在加热段混装混烧，首先是不节能，其次是热坯的长时间加热，可能出现过热现象，使板坯发生变形；另外，过热也会使板坯的氧化铁皮增多，一则造成板坯铁损，二则使得加热炉清炉频率增加。为了避免冷热坯混装混烧，就必须在装入加热炉的冷坯和热坯之间，空出一段空间，使得加热炉对冷坯和热坯采用不同的加热制度。但是，这也带来了加热炉的小时产能的损失。为了解决这一矛盾，最佳的解决方案，就是对冷热坯分别进行集批生产，减少空炉的产能损失。钢铁生产实践证明，集批堆放的板坯，在4小时之内装炉，板坯温度仍然在600℃以上。集批装炉生产，可减少加热炉在加热段的时间，节约燃料消耗60%。因此，大生产组织上的首选是集批生产。

为了解决热坯集批生产问题，就需要在加热炉旁建立热坯池。一旦出现炼钢来坯不能满足加热炉最小规模生产量（一般为加热炉的满炉装坯量），就将热坯按同炉、同钢种，在加热炉旁或保温炉中临时集批堆放。当热坯集批量达到要求后，按照当前轧制计划时间对合同的“窗口”要求，即当前计划时间对轧制宽度、轧制厚度工艺要求，以集批板坯推荐满足条件的生产合同。在推荐合同中，人工选择满足计划“窗口”切入条件的合同对象，将这些板坯挂合同，然后完成热轧切入计划的编制。当然，也可以直接指定计划切入点要求轧制宽度、轧制厚度的合同，推荐满足要求的炉旁集批热坯，人工选取合适的热坯，将它挂上该合同，然后完成热轧切入计划的编制，最后把新编切入计划插入到当前大计划中。由于板坯与合同的挂接，是人工按“窗口”要求进行的，因此完全可以实现整垛板坯按轧制顺挂合同后编入切入计划，这样可进一步减少行车对板坯的倒垛操作，优化了板坯库物流。

作为集批热装热送的关键技术和研究内容，首先要解决板坯与热轧计划或合同的匹配问题。即通过板坯的属性（钢种、规格、温度等），寻找满足条件的热轧计划或合同。反之，通过热轧计划或合同的属性（钢种、轧制规格、热装热送标志等），寻找满足条件的板坯。

解决了上述的关键技术，就可以根据热态板坯匹配规则，动态推荐满足条件的热轧计划或合同。通过规则比对板坯的材料属性、轧制计划或合同的属性，就可筛选出可用于热装的热坯，和满足轧制生产的合同，并以产出时间、库区、库位、层号排序，对板坯与合同的匹配，进行好中选优。快速为板坯配上合同后，就可以实现整炉、整堆垛的板坯热装计划编制，使新增计划按轧制计划的窗口要求，插入当前生产队列之中，实现热轧计划的平稳过渡、柔性衔接。

5 热装热送的关键技术

（1）炼钢、热轧一体化计划编制技术。

（2）热态板坯在热轧辊道上，动态推荐满足条件的热轧计划技术。通过热态板坯的材料属性，对热装轧制计划的命令信息逐一比对，筛选出可使用辊道上热坯进行轧制生产的全部轧制命令，减少辊道热坯下线放冷的概率。

（3）热轧计划动态推荐库存板坯（热态或冷态）技术。通过热轧计划的命令属性，对机旁及板坯库中的热坯逐一进行比对，筛选出可供该命令使用的全部热态板坯，减少轧制命令被吊销的概率。

（4）热装热送匹配规则动态可配置技术。实现板坯材料与计划命令匹配条件的自由设定，使得生产工艺条件的变化引起的热坯与轧制命令匹配规则变化时，无需修改应用程序。

（5）热装热送实绩查询与统计的画面、报表，动态可配置技术。可解决管理部门与生产部门对同一画面、报表的数据项需求不一致问题，避免了在应用功能设计编程时，就必须确定数据视图的矛盾。

（6）热装热送计划的编制及调整、自动重发技术。

（7）DHCR钢卷的自动封锁、释放、以及自动改判降级技术。

（8）DHCR板坯的辊道同步及行车作业指令的自动形成和下发技术。

6 经济效益

以八钢为例，热装热送工艺流程优化开发成功并批量生产后，目标板坯直装率可提高到50%，热装热送率提高到60%以上。以板坯冷装消耗煤气152m3/t，煤气价格0.35元/m3，热装可节约10%的煤气计算，热轧机组年轧材能力300万t热卷，可降低成本约957.6万元。

由于热装板坯在炉时间的减少，可由最低150分钟降低到130分钟，提升了产能。根据集装率及实际情况核算：产能提升带来的吨钢费用降低约1.42元/t；由于减少了板坯吊运等消耗，约可降低成本0.02元/t。合计约1.44元/t，按年产300万t计算，合计降低成本432万元。

以上共计降低成本957.6+432＝1389.6万元。

其次，热装热送每年还可节约可观的板坯下线引起的转库物流装运成本。

再次，通过强化生产组织管理、提高板坯热装热送，可提升八钢热装热送生产效率，节能降耗，优化物流。提升八钢产品竞争力，提升企业形象，产生良好的社会效益。

[1] 中华人民共和国环境保护行业标准.钢铁行业清洁生产标准.国家环境保护总局,2006-7-3.

[2] 卫恩泽，彭燕华.板坯加热炉控制技术现状和发展.钢铁技术.2010，（3）.

App lication of Hot Transportation and Hot Charging Technology for Hot Rolling Slab

SUN Chen-li1, LING Jian2
（1. Manufacturing Management Department,Bayi Iron&Steel Co.,Baosteel Group ;2. Shanghai Baosight Software Co.Ltd）

This paper expounded production management of hot transportation and hot charging technology for hot rolling slab. It introduced the integrated production planning for steelmaking plant and hot rolling plant, heat - transfer slabs on roller and replacement matching, group batching hot charging planning for hot slabs from production line centering on hot-transportation and hot-charging heating furnace. The application in practical production is introduced.

heating furnace；hot transportation and hot charging；slabs replacement；integrated production plan；hot rolling slab contracts

TG335.11

B

1672—4224（2014）01—0009—05